定向钻穿越工程施工方案-中石油管道局

1、中山-广州天然气管道项目中山段水平定向钻穿越施工工作投标书 第三部分：技术部分定向钻穿越工程施工方案1穿越施工工艺流程定向钻穿越施工程序如下图所示：清管、测径竣工验收钻导向孔穿越管线回拖预扩孔洗孔，回拖准备接桩测量放线修筑便道、场地铺垫钻机进场组装、调试地貌恢复2 测量放线根据设计交底（桩）与施工图纸放出钻机场地控制线及设备摆放位置线，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。3 进场道路及场地的平整3.1 入土点钻机作业、出土点场地及进场便道本次中山-广州天然气管道定向钻穿越中共投入6台钻机，各钻机施工场地要求各异，具体每条河流的穿越场地要求详见表6-1各河流穿越施工场地及临时进场道路施工表

2、。序号河流名称施工钻机入土点场地入土点进场道路出土点场地出土点进场道路1横门水道HK45070m×70m，入土点开挖表层700m3花岗岩碎石后回填素填土100m长4m宽铺垫厚度40cm40m×40m铺垫厚度40cm400m长4m宽铺垫厚度40cm2三宝沥HK150C55×55m，需对入土点多处的鱼塘进行抽水约5000m3，清淤2000m3，对场地进行碎石土铺垫约6000m3需修筑入土点进场便道约400m，铺垫碎石土约900m3，并在便道下放置4排总长约120米水泥涵管供水流通过40m×40m铺垫厚度40cm200m铺垫厚度40cm3洪奇沥HK45070m

3、×70m铺垫厚度40cm200m长4m宽铺垫厚度40cm40m×40m铺垫厚度40cm400m长4m宽铺垫厚度40cm4正涌HK150C55m×55m铺垫厚度40cm500m长4m宽铺垫厚度40cm40m×40m铺垫厚度40cm500m长4m宽铺垫厚度40cm5利生围水道HDR-22060m×60m铺垫厚度40cm400m长4m宽铺垫厚度40cm40m×40m铺垫厚度40cm500m长4m宽铺垫厚度40cm6三宝沥支流DD-62560m×60m铺垫厚度40cm300m长4m宽铺垫厚度40cm40m×40m铺垫厚度4

4、0cm600m长4m宽铺垫厚度40cm7卢四顷水道DD-33060m×60m铺垫厚度40cm600m长4m宽铺垫厚度40cm40m×40m铺垫厚度40cm800m长4m宽铺垫厚度40cm8陈十顷水道HK100C55m×55m铺垫厚度40cm600m长4m宽铺垫厚度40cm40m×40m铺垫厚度40cm600m长4m宽铺垫厚度40cm9温五顷水道DD-62560m×60m铺垫厚度40cm100m长4m宽铺垫厚度40cm40m×40m铺垫厚度40cm100m长4m宽铺垫厚度40cm10十二股涌HDR-22060m×60m铺垫厚度

5、40cm300m长4m宽铺垫厚度40cm40m×40m铺垫厚度40cm300m长4m宽铺垫厚度40cm11南洋滘DD-33060m×60m铺垫厚度40cm300m长4m宽铺垫厚度40cm40m×40m铺垫厚度40cm300m长4m宽铺垫厚度40cm表1各河流穿越施工场地及进场道路施工表3.2 地锚坑及排浆池挖、砌泥浆池（穿越两岸各1个）及地锚坑，泥浆池尺寸如下图。泥浆池内铺土工布，池内四周用用挖掘机压实，必要时四周用砖堆砌、钉桩，防止泥浆池塌方。地锚坑中心线在穿越管线中心线上，地锚坑尺寸为6m×4m×1.8m。挖泥浆池及地锚坑时要留出足够边坡，

6、泥浆池及地锚坑尺寸如图所示：地锚坑深：1.84m3m20m14m泥浆池深：2.5m6m20m地锚坑完成后，将地锚放入，用混凝土加固。如下示意图：3.3入土点钻机场地和出土点平面布置示意图 参见附图一和附图二 钻机场地平面布置图和出土点场地平面布置图。4 定向钻施工4.1 1条河定向钻穿越工程概况及穿越地层横门水道（改线）定向钻穿越：穿越长度1296米，管径660，主要穿越地层为淤泥质土、粘土。三宝沥水道（改线）定向钻穿越：穿越长度900米，管径660，主要穿越地层为淤泥、淤泥质粉质粘土。洪奇沥水道定向钻穿越：穿越长度1272米，管径762，主要穿越地层为淤泥质粘土、粉细砂、淤泥质粉质粘土。正涌

7、水道定向钻穿越：穿越长度452米，管径660，主要穿越地层为淤泥、粘土层。利生围水道定向钻穿越：穿越长度460米，管径660，主要穿越地层为淤泥质土、粘土。三宝沥支流定向钻穿越：穿越长度1200米，管径660，主要穿越地层为淤泥质土。卢四顷水道定向钻穿越：穿越长度760米，管径660，主要穿越地层为淤泥质土。陈十顷水道定向钻穿越：穿越长度450米，管径660，主要穿越地层为淤泥质土。温五顷水道定向钻穿越：穿越长度450米，管径762，主要穿越地层为淤泥质土。十二股涌定向钻穿越：穿越长度690米，管径762，主要穿越地层为淤泥质土。南洋滘水道定向钻穿越长度450米，管径762，主要穿越地层为淤泥

8、质土。4.2 主要施工钻机安排序号河流名称穿越规格定向钻穿越长度拟投入施工钻机1横门水道660×14.31296HK4502三宝沥水道660×14.3900HK150C3洪奇沥水道762×19.11272HK4504正涌水道660×14.3452HK150C5利生围水道660×14.3460HDR-2206三宝沥支流660×14.31200DD-6257卢四顷水道660×14.3760DD-3308陈十顷水道660×14.3450HK100C9温五顷水道762×19.1450DD-62510十二股涌762

9、×19.1690HDR-22011南洋滘水道762×19.1450DD-330本次穿越工程中拟施工的11条河根据其穿越的长度，将11条河流穿越任务共分成三部分，各部分定向钻穿越施工组织描述如下：第一部分：1200米以上长距离穿越：包括横门水道穿越（660，1296米）、洪奇沥水道穿越（762，1272米）、三宝沥支流穿越（660，1200米）。1)钻机及配套设备就位:将钻机就位主管穿越中心线位置上，钻机就位完成后，进行系统连接、试运转，保证设备正常工作。2)测量控向参数:按操作规程标定控向参数，为保证数据准确，在管中心线的不同位置测取，且每个位置至少测四次，进行对比，并做好

10、记录。3)泥浆配制及重复利用:泥浆是定向穿越中的关键因素，穿越主要经过地层为泥岩，按泥浆工艺要求及地质资料编写泥浆方案，并根据实际需要配制出符合要求的泥浆，措施如下：a)水源就近取用河水，用水泵输送至水罐内，在水罐中沉淀、过滤，并对水质进行化验，达到使用要求后配浆。b)按照指定的配比用一级膨润土加泥浆添加剂，配制性能满足要求的泥浆。c)回流泥浆的处理：钻机场地和管线场地各有一个返浆收集池，各有一套回收系统。泥浆通过泥浆池收集，再经过回收系统处理后再利用。d)剩余泥浆的处理：与环卫部门协商，施工剩余泥浆拉运到当地垃圾填埋场。3)钻机试钻开钻前做好钻机的安装和调试等一切准备工作，确定系统运转正常、

11、钻杆和钻头清扫完毕，严格按照设计图纸和施工验收规范进行试钻，钻进1-2根钻杆后检查各部位运行情况，各种参数正常后按次序钻进。4)钻导向孔钻孔期间按照“数字管道”的要求，建立穿越曲线数据库，采集控向数据，如每个测站点的Inc、Az、Away、Right、Elev 值。对钻杆等主要施工器具进行分级管理和使用，用后及时保养和检修，以防潜在工程事故的发生，确保施工的安全。导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键，本钻导向孔的钻具组合是：9-1/2牙轮钻头+造斜短节+7无磁钻铤+5-1/2钻杆控向对穿越精度及工程成功至关重要，并直接关联到主管穿越。在开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，泥浆与司钻重视每一个环

12、节，认真分析各项参数，互相配合钻出符合要求的导向孔，钻导向孔时，随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况，达到出土准确，成孔良好。导向孔施工示意图5)预扩孔针对660外径的横门水道穿越和三宝沥支流穿越采用以下三级扩孔，每次预扩孔都将进行钻杆和钻具的倒运及钻具连接。扩孔级别如下：Ø 第一次扩孔：24桶式扩孔；Ø 第二次扩孔：32桶式扩孔；Ø 第三次扩孔：38桶式扩孔；Ø 洗 孔: 36桶式洗孔。762外径的洪奇沥穿越则采用以下四级扩孔，每次预扩孔都将进行钻杆和钻具的倒运及钻具连接。扩孔级别如下：Ø 第一次扩孔：24桶式扩孔；Ø 第二次扩孔

13、：32桶式扩孔；Ø 第三次扩孔：38桶式扩孔；Ø 第四次扩孔：44桶式扩孔；Ø 洗 孔: 42桶式洗孔。扩孔施工示意图2） 管道回拖针对660外径的主管回拖，拟采用的钻具组合为：36桶式扩孔器+250T回拖万向节+6-5/8钻杆+穿越管线。针对762外径的主管回拖，拟采用的钻具组合为：42桶式扩孔器+300T回拖万向节+6-5/8钻杆+穿越管线。管道回拖优先采用注水发送沟的方式进行发送，在受地形地势条件下，则采用滚轮架或者草垛支护的方式进行管道发送。管道回拖施工示意图在回拖时进行连续作业，避免因停工造成阻力增大，管线回拖前要仔细检查各连接部位的牢固。3） 清管测径

14、：回拖完成后，单独对回拖完毕的管道进行清管测径。4） 泥浆处理、地貌恢复：及时进行钻机场地剩余泥浆的处理和设备转场，并对地貌进行恢复。第二部分：500米至900米的中距离穿越：包括三宝沥水道（660，900米）、卢四顷水道穿越（660，760米）、十二股涌水道穿越（762，690米）。1)钻机及配套设备就位:将钻机就位主管穿越中心线位置上，钻机就位完成后，进行系统连接、试运转，保证设备正常工作。2)测量控向参数:按操作规程标定控向参数，为保证数据准确，在管中心线的不同位置测取，且每个位置至少测四次，进行对比，并做好记录。3)泥浆配制及重复利用:泥浆是定向穿越中的关键因素，穿越主要经过地层为泥岩

15、，按泥浆工艺要求及地质资料编写泥浆方案，并根据实际需要配制出符合要求的泥浆，措施如下：a)水源就近取用河水，用水泵输送至水罐内，在水罐中沉淀、过滤，并对水质进行化验，达到使用要求后配浆。b)按照指定的配比用一级膨润土加泥浆添加剂，配制性能满足要求的泥浆。c)回流泥浆的处理：钻机场地和管线场地各有一个返浆收集池，各有一套回收系统。泥浆通过泥浆池收集，再经过回收系统处理后再利用。d)剩余泥浆的处理：与环卫部门协商，施工剩余泥浆拉运到当地垃圾填埋场。3)钻机试钻开钻前做好钻机的安装和调试等一切准备工作，确定系统运转正常、钻杆和钻头清扫完毕，严格按照设计图纸和施工验收规范进行试钻，钻进1-2根钻杆后检

16、查各部位运行情况，各种参数正常后按次序钻进。4)钻导向孔钻孔期间按照“数字管道”的要求，建立穿越曲线数据库，采集控向数据，如每个测站点的Inc、Az、Away、Right、Elev 值。对钻杆等主要施工器具进行分级管理和使用，用后及时保养和检修，以防潜在工程事故的发生，确保施工的安全。导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键，本钻导向孔的钻具组合是：9-1/2牙轮钻头+造斜短节+7无磁钻铤+5-1/2钻杆控向对穿越精度及工程成功至关重要，并直接关联到主管穿越。在开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，泥浆与司钻重视每一个环节，认真分析各项参数，互相配合钻出符合要求的导向孔，钻导向孔时，随时对照地质资料

17、及仪表参数分析成孔情况，达到出土准确，成孔良好。导向孔施工示意图5)预扩孔针对660外径的三宝沥水道穿越和卢四顷水道穿越采用以下三级扩孔，每次预扩孔都将进行钻杆和钻具的倒运及钻具连接。扩孔级别如下：Ø 第一次扩孔：24桶式扩孔；Ø 第二次扩孔：32桶式扩孔；Ø 第三次扩孔：38桶式扩孔；Ø 洗 孔: 36桶式洗孔。762外径的十二股涌穿越则采用以下四级扩孔，每次预扩孔都将进行钻杆和钻具的倒运及钻具连接。扩孔级别如下：Ø 第一次扩孔：24桶式扩孔；Ø 第二次扩孔：32桶式扩孔；Ø 第三次扩孔：38桶式扩孔；Ø 第四次

18、扩孔：44桶式扩孔；Ø 洗 孔: 42桶式洗孔。扩孔施工示意图5） 管道回拖针对660外径的主管回拖，拟采用的钻具组合为：36桶式扩孔器+250T回拖万向节+5-1/2钻杆+穿越管线。针对762外径的主管回拖，拟采用的钻具组合为：42桶式扩孔器+250T回拖万向节+5-1/2钻杆+穿越管线。管道回拖优先采用注水发送沟的方式进行发送，在受地形地势条件下，则采用滚轮架或者草垛支护的方式进行管道发送。管道回拖施工示意图在回拖时进行连续作业，避免因停工造成阻力增大，管线回拖前要仔细检查各连接部位的牢固。6） 清管测径：回拖完成后，单独对回拖完毕的管道进行清管测径。7） 泥浆处理、地貌恢复：及

19、时进行钻机场地剩余泥浆的处理和设备转场，并对地貌进行恢复。第三部分：450米至460米的短距离穿越：包括正涌水道穿越（660，452米）、利生围水道穿越（660，460米）、陈十顷水道穿越（660，450米）、温五顷水道穿越（762，450米）以及南阳滘水道穿越（762，450米）。1)钻机及配套设备就位:将钻机就位主管穿越中心线位置上，钻机就位完成后，进行系统连接、试运转，保证设备正常工作。2)测量控向参数:按操作规程标定控向参数，为保证数据准确，在管中心线的不同位置测取，且每个位置至少测四次，进行对比，并做好记录。3)泥浆配制及重复利用:泥浆是定向穿越中的关键因素，穿越主要经过地层为泥岩，

20、按泥浆工艺要求及地质资料编写泥浆方案，并根据实际需要配制出符合要求的泥浆，措施如下：a)水源就近取用河水，用水泵输送至水罐内，在水罐中沉淀、过滤，并对水质进行化验，达到使用要求后配浆。b)按照指定的配比用一级膨润土加泥浆添加剂，配制性能满足要求的泥浆。c)回流泥浆的处理：钻机场地和管线场地各有一个返浆收集池，各有一套回收系统。泥浆通过泥浆池收集，再经过回收系统处理后再利用。d)剩余泥浆的处理：与环卫部门协商，施工剩余泥浆拉运到当地垃圾填埋场。3)钻机试钻开钻前做好钻机的安装和调试等一切准备工作，确定系统运转正常、钻杆和钻头清扫完毕，严格按照设计图纸和施工验收规范进行试钻，钻进1-2根钻杆后检查

21、各部位运行情况，各种参数正常后按次序钻进。4)钻导向孔钻孔期间按照“数字管道”的要求，建立穿越曲线数据库，采集控向数据，如每个测站点的Inc、Az、Away、Right、Elev 值。对钻杆等主要施工器具进行分级管理和使用，用后及时保养和检修，以防潜在工程事故的发生，确保施工的安全。导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键，本钻导向孔的钻具组合是：9-1/2牙轮钻头+造斜短节+7无磁钻铤+5-1/2钻杆控向对穿越精度及工程成功至关重要，并直接关联到主管穿越。在开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，泥浆与司钻重视每一个环节，认真分析各项参数，互相配合钻出符合要求的导向孔，钻导向孔时，随时对照地质资料及

22、仪表参数分析成孔情况，达到出土准确，成孔良好。导向孔施工示意图5)预扩孔针对660外径的正涌水道穿越、利生围水道穿越以及陈十顷水道穿越采用以下三级扩孔，每次预扩孔都将进行钻杆和钻具的倒运及钻具连接。扩孔级别如下：Ø 第一次扩孔：24桶式扩孔；Ø 第二次扩孔：32桶式扩孔；Ø 第三次扩孔：38桶式扩孔；Ø 洗 孔: 36桶式洗孔。762外径的温五顷水道穿越和南阳滘水道穿越则采用以下四级扩孔，每次预扩孔都将进行钻杆和钻具的倒运及钻具连接。扩孔级别如下：Ø 第一次扩孔：24桶式扩孔；Ø 第二次扩孔：32桶式扩孔；Ø 第三次扩孔：3

23、8桶式扩孔；Ø 第四次扩孔：44桶式扩孔；Ø 洗 孔: 42桶式洗孔。扩孔施工示意图6）管道回拖针对660外径的主管回拖，拟采用的钻具组合为：36桶式扩孔器+250T回拖万向节+5-1/2钻杆+穿越管线。针对762外径的主管回拖，拟采用的钻具组合为：42桶式扩孔器+250T回拖万向节+5-1/2钻杆+穿越管线。管道回拖优先采用注水发送沟的方式进行发送，在受地形地势条件下，则采用滚轮架或者草垛支护的方式进行管道发送。管道回拖施工示意图在回拖时进行连续作业，避免因停工造成阻力增大，管线回拖前要仔细检查各连接部位的牢固。7）清管测径：回拖完成后，单独对回拖完毕的管道进行清管测径。

24、8）泥浆处理、地貌恢复：及时进行钻机场地剩余泥浆的处理和设备转场，并对地貌进行恢复。5 穿越施工难点以及应对措施5.1横门水道施工难点及应对措施：本次横门水道穿越长度长达1296米，且穿越地址中有部分粘土层，因此在穿越过程中会对扩孔和回拖造成较大的难度影响。我公司在进行该工程施工时将采取如下措施：泥浆方面：淤泥质粘土和粉质粘土在钻导向孔阶段易缩径，造成钻杆或管道被粘卡，造成扭矩和拉力的增大，推进困难。对泥浆的要求比较高。因此在泥浆的使用控制上采取如下措施：（1）按照实验室确定好的泥浆配比用优级级膨润土加上泥浆添加剂，配出合乎要求的泥浆。 （2）泥浆在各阶段的大致配方为：钻导向孔：4%高效膨润土

25、+0.3%insta-vis plus+0.2%纯碱+0.1%钻液宝。泥浆粘度保持在45s左右，必要时加入适量的重晶石粉来调节泥浆的比重，泥浆排量约为0.8立方/分钟。（3）扩孔阶段的泥浆配方大致为：6%优质膨润土+0.3%insta-vis plus+0.2%纯碱。淤泥地层中泥浆粘度保持在55s左右，淤泥质粘土和粉质粘土地层中泥浆粘度保持在40s左右，必要时加入适量的重晶石粉来调节泥浆的比重，泥浆排量约为1.3立方/分钟。（4）回拖阶段的泥浆配方大致为6%优质膨润土+0.3%insta-vis plus+0.2%纯碱。泥浆粘度保持在50s左右，必要时加入适量的重晶石粉来调节泥浆的比重，泥浆排

26、量约为1.3立方/分钟。（5）为了确保泥浆的性能，使膨润土有足够的水化时间，增加泥浆储存罐和泥浆快速水化装置。（6）由于扩孔距离较长，为保证孔洞内泥浆充足，扩孔器前后方600米各安装一个泥浆短节。（7）泥浆的回收利用：钻机场地和管线组装场地各有一个泥浆收集池，泥浆通过泥浆池收集，再经过泥浆回收系统回收再使用。预扩孔和回拖：扩孔期间，根据扩孔器在粘土层内的司钻数据如拉力、扭矩以及转速等情况，如若遭遇扭矩大进尺慢等难点，则可将扩孔器由桶式扩孔器调整为飞旋式切割刀和桶式扩孔器组合进行扩孔施工；在扩孔和回拖期间，卡钻事故的发生将给穿越的成功带来很大的风险，为此我们充分做好应急措施准备，在现场准备大吨位

27、的250吨滑轮组，以备扩孔或回拖卡钻时进行抢险。针对在回拖过程中可能出现卡滞导致回拖力大幅变大，在出土点预先安装滑轮组，以备在出现卡滞现象时及时将钢管拽出，经洗孔后重新进行回拖作业；粘土层回拖要一气完成，中间尽量减小停顿时间，否则孔内容易发生切屑沉积，孔内泥浆循环不通畅，造成粘土抱管现象。滑轮组安装使用示意图 我公司曾于2005年在珠海-中山一期天然气管道工程进行横门水道的穿越，该穿越长度为990米，管径660，该工程在施工过程中曾发生泥包钻造成扩孔扭矩大的现象，后经调整扩孔器形式和调整泥浆配方后，成功完成了该条河流的穿越施工。5.2 洪奇沥水道穿越施工难点及应对措施：本次洪奇沥水道穿越施工管

28、径为762，长度达1272米，且穿越部分地层为粉细砂，因此在穿越施工中容易产生回拖时砂层抱管现象，针对该施工难点，我公司将采取如下应对措施：泥浆配制：使用高效膨润土进行配浆，在泥浆中通过添加PAC等性能添加剂，提高泥浆的携带性和流动性，泥浆的粘度要求为，在导向孔施工阶段为70秒至90秒，扩孔和回拖阶段的粘度为80秒至100秒。最后在回拖过程中，添加减阻润滑剂，降低管道在回拖过程中产生的阻力。管道回拖：管道定向钻施工的最后一环，回拖作业的成败直接决定着整个定向钻工程的成败。因此在回拖前作业如导向孔作业及扩孔、洗孔作业仅要求其质量和时间的连续性。在管道回拖时如遇到回拖力增加至超出预计的最大安全拉力时，可判断为管道在孔洞中遭遇孔壁坍塌导致抱管现象产生。出现此种情况时，可立即在管尾安装夯管锤进行锤击，使